KR20200070822A - 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도로 사면의 측위를 위한 센서를 탑재하고 도로 사면 점검 임무를 수행하는 드론시스템; 및 상기 드론시스템에 의한 도로 사면 점검을 관리하는 관리 서버를 포함하며, 상기 관리 서버는, 상기 드론시스템을 무선통신을 통해 제어하는 드론 제어부와, 도로 사면에 대한 정보를 관리하고 점검대상 도로 사면을 선정하는 사면 정보 관리부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 점검임무를 분석하는 점검임무 분석부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무 수행을 위한 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무수행 계획을 수립하는 임무 수행 수립부를 구비하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 이를 이용한 드론 운용 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 드론 운용 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도로의 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
우리나라는 산지가 많은 지형적 특성과 연평균 강수량의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 기후 특성 때문에 사면 붕괴가 자주 발생하여 해마다 인명 및 재산의 손실 뿐만 아니라 사회경제적으로도 커다란 피해를 입고 있다. 그에 따라, 사면의 붕괴를 사전에 예방하기 위한 대책으로 국내에서는 일반국도 및 고속도로 절토사면을 대상으로 현재 한국건설기술연구원과 한국도로공사의 도로 연구소 등에 의해 사면 유지관리 시스템이 개발되고 있다.
본 발명의 기술분야인 드론 운용 기술과 관련하여, 선행특허문헌인 한국 등록특허 제10-1801776호에는, 드론의 임무에 대응하여 드론이 운항되는 공역을 고도별로 복수개의 드론공역들로 각각 분할하고 드론공역들을 관리하는 드론공역 체계부 및 드론공역 체계부를 바탕으로 드론의 임무에 대응하여 해당하는 드론공역에서 운항되도록 드론통신망을 통하여 드론의 운항을 제어하고 관리하는 드론 운항제어부를 포함하는 드론운용 시스템이 기재되어 있다. 하지만, 드론을 도로 사면 점검에 이용하기 위해서는 이에 적합한 새로운 드론 운용 기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도로 사면의 측위를 위한 센서를 탑재하고 도로 사면 점검 임무를 수행하는 드론시스템; 및 상기 드론시스템에 의한 도로 사면 점검을 관리하는 관리 서버를 포함하며, 상기 관리 서버는, 상기 드론시스템을 무선통신을 통해 제어하는 드론 제어부와, 도로 사면에 대한 정보를 관리하고 점검대상 도로 사면을 선정하는 사면 정보 관리부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 점검임무를 분석하는 점검임무 분석부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무 수행을 위한 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무수행 계획을 수립하는 임무 수행 수립부를 구비하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 이를 이용한 드론 운용 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 드론에 의한 도로 사면 점검을 관리하는 관리 서버가, 도로 사면에 대한 정보를 관리하고 점검대상 도로 사면을 선정하는 사면 정보 관리부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론의 점검임무를 분석하는 점검임무 분석부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론의 임무 수행을 위한 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론의 임무수행 계획을 수립하는 임무 수행 수립부를 구비하므로, 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 드론에 의한 점검이 효율적이고 안전하게 이루어지게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법을 단계별로 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법을 단계별로 보여주는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템의 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템(100)은 복수개의 임무 수행용 드론 시스템(110)들과, 복수개의 드론 시스템(110)들을 제어하고 드론(110)의 도로 사면 점검 임무 수행을 위한 정보 및 드론 시스템(110)으로부터 전송된 정보를 관리하는 관리 서버(120)를 포함한다.
드론 시스템(110)은 무선통신을 통해 관리 서버(120)와 데이터를 주고받으면서 관리 서버(120)에 의해 드론 시스템(110)의 비행 등 임무(도로 사면 점검) 수행을 위한 각종 기능이 제어된다. 본 발명에서 드론 시스템(110)은 무인 비행체인 드론과 도로 사면의 측위를 위해 드론에 탑재되는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 센서 시스템이 통합된 시스템으로 정의된다. 즉, 드론 시스템(110)은 드론에 탑재된 SAR 센서를 이용하여 점검 대상 도로의 사면에 대한 SAR 데이터를 획득하며, 이를 SAR 센서 시스템에 구비되는 메모리장치에 저장한다. 드론 시스템(110)의 드론은 통상적인 드론이 구비하는 구성을 동일하게 구비하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
관리 서버(120)는 복수개의 드론 시스템(110)들을 제어하고 드론 시스템(110)의 도로 사면 점검 임무 수행을 위한 정보 및 드론 시스템(110)으로부터 전송된 정보를 관리한다. 관리 서버(120)는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 컴퓨터 프로그램이 저장되고 다른 데이터가 저장되는 메모리 장치와, 메모리장치에 저장된 드론 운용 컴퓨터 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서 장치와, 복수개의 드론 시스템(110)들과의 통신을 위한 통신 장치와, 데이터 및 정보의 입출력을 위한 입출력 장치를 구비한다.
관리 서버(120)는 임무 수행용 드론 시스템(110)을 제어하는 드론 제어부(130)와, 점검 대상 도로 사면에 대한 정보를 관리하는 사면 정보 관리부(140)와, 드론 시스템(110)의 임무 계획 수립에 필요한 항목들을 분석하는 점검임무 분석부(150)와, 드론 시스템(110)의 임무 수행을 위한 드론 시스템(110)의 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부(160)와, 드론 시스템(110)의 임무 수행 계획을 수립하는 임무계획 수립부(170)와, 드론 시스템(110)의 임무 수행 중 발생하는 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부(180)와, 드론 시스템(110)으로부터 전송된 SAR 데이터를 이용하여 사면 변위 정보를 추출하고 저장하는 임무 정보 관리부(190)를 구비한다.
드론 제어부(130)는 임무 수행용 드론 시스템(110)의 비행 및 작동을 무선통신을 이용하여 제어한다.
사면 정보 관리부(140)는 점검 대상인 도로 사면에 대한 정보를 관리한다. 구체적으로는, 드론 시스템(110)의 운용에 필요한 중간 기착지 추가 좌표, 도로 사면 인프라 정보(크기, 높이, 방향 등), 신설된 사면 정보(시작과 끝 좌표, 높이, 도로번호, 방향, 사면 종류 등), 신설된 도로 정보(도로유형, 도로번호 등), 도로 주변 변경된 공역 정보(고도제한, 비행금지, 속도제한 등의 좌표)와 같은 지도데이터를 업로드하며, 선정된 점검 대상 도로 사면의 점검 종류에 대한 데이터를 관리한다. 점검 종류는 선정된 도로의 모든 사면을 주기적으로 점검하는 경우, 사면 공사 시기, 공법, 환경, 날씨 등에 따라 점검하는 경우, 직전 점검 결과(변위가 발생한 경우)에 따른 긴급 점검의 경우 및 태풍, 지진, 폭우 등으로 지반 약화에 따른 집중 점검의 경우를 포함한다. 또한, 사면 정보는 도로종류(고속도로, 일반국도, 지방도 등), 도로에 부여되는 노선번호(간선노선, 보조간선노선, 단거리지선 등)인 도로번호, 절토사면 종류(암반사면, 토사사면, 혼합사면, 복합사면)에 따라 관리된다. 또한, 사면 정보 관리부(140)는 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 과거 이력 정보를 수집하여 관리한다. 과거 이력은 사면의 변위 발행 여부에 따른 발생 지점, 변위 발생 형태(유실, 균열, 침하, 배부름, 변형, 낙석) 및 보강 공사 여부에 다른 보강 공사 지점을 포함하며, 변위 발생 형태는 변위 발생 원인(강우, 지진, 배수, 해빙 등의 외부 요인 및 토질, 지질 등의 내부 요인)에 대한 데이터도 함께 수집되어서 관리된다. 또한, 선정된 점검 대상 도로 사면의 해당 임무지역의 날씨, 통신장애, 공역설정, 타 비행체의 비행계획을 포함하는 환경 정보 분석, 사면의 도로선형요소, 횡단면요소, 상부자연사면요소, 도로지반요소 등 사면의 외형의 정보와 주변 지형(터널, 송전탑 등)을 포함하는 지형 정보 분석, 사면의 형태(단면/양면, 계단형/V자형/역V자형, 1단/2단/3단 등)에 대한 사면 정보 분석을 포함한다.
점검임무 분석부(150)는 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 드론 시스템(110)의 임무 계획 수립에 필요한 항목들을 분석한다. 점검임무 분석부(150)에서는 비행경로, 비행시간, 임무센서, 임무 드론, 수집정보량이 분석된다.
비행경로에 대한 분석은 출발지에서 비행지역(도로)로 이동할 때 안전한 경로, 비행지역에서 임무지역(사면)으로 이동할 때 안전한 경로, 동일 임무 지역에서 반복 측위할 때 안전한 경로, 임무(비행)지역에서 다른 임무(비행)지역으로 이동할 때 안전한 경로, 임무(비행)지역에서 착륙지(중간기착지)로 이동할 때 안전한 경로에 대한 분석을 포함한다.
비행시간에 대한 분석은 이동거리, 측위시간, 속도, 임무센서 등에 따른 에너지 소모량 산출, 중간기착지 또는 도착지 지정을 포함한다.
임무센서에 대한 분석은 절토사면 측위임무(L-band SAR), 비탈면 변위상태확인(EO), 콘크리트/암반사면 측위임무(X-band SAR)를 포함한다.
임무드론에 대한 분석은 운용 드론 시스템이 2대 이상일 경우 하나를 지정하는 것을 포함한다.
수집정보량 분석은 SAR 센서 정보량이 온라인 전송이 어려운 대량정보로 드론시스템에 탑재된 메모리 장치의 사이즈를 계산하여 임무범위르 산출하는 것이다.
비행 계획 수립부(160)는 드론 시스템(110)의 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 임무 수행을 위한 드론 시스템(110)의 비행 계획을 수립한다. 비행 계획 수립부(160)는 사면 정보 관리부(140)에 의해 수집되고 점검임무 분석부(150)를 통해 분석된 점검 대상 도로 사면에 대한 정보에 기초하여 이동비행경로, 임무비행경로 및 복귀비행경로에 대한 비행 계획을 수립한다.
이동비행경로는 도로를 따라 점검대상 사면의 시작 지점으로 이동하도록 하며, 임무비행경로는 비탈면의 형태에 따라, P2P, 구간반복, 중첩경로, 분할경로로 지정되고, 복귀비행경로는 임무종료/메모리잔량/연료부족/날씨 등에 따라 복귀지점이 선정된다.
임무 계획 수립부(170)는 드론 시스템(110)의 임무 수행 계획을 수립한다. 선정된 도로의 모든 사면을 주기적으로 점검하는 경우에 점거대상은 모든 사면이고, 사면 공사시기, 공법, 환경, 날씨 등에 따라 점검하는 경우에는 개별 스케쥴링에 따른 점검이 이루어지며, 직전 점검결과(변위가 발생한 경우)에 따른 긴급 점검의 경우 해당 특정 사면이 점검 대상이고, 태풍, 지진, 폭우 등에 의한 지반 약화에 따른 집중 점검의 경우 해당 특정 지역의 사면이 점검 대상이 된다. 임무 계획 수립부(170)에서는 임무 시작 포인트, 임무 터닝 포인트, 임무 종료 포인트에 대한 임무 계획이 수립된다. 임무 시작 포인트는 임무 대상 사면의 시작지점으로 일반적으로는 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무센서의 촬영중심점이 전체높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 임무 터닝 포인트는 동일 사면에서 구간 반복, 분할 경로, 중첩 경로 지정의 경로 해당한다. 임무 종료 포인트는 임무대상 사면의 종료지점으로 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무 시작 포인트의 비행궤도와 동일하게 임무센서의 촬영중심점이 전체 높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 또한 임무 시작 포인트와 임무 종료 포인트의 비행궤도는 점검대상 사면의 경사각/높이/방향, 임무센서의 촬영각도/촬영범위, 점검대상 사면과의 이격거리/높이에 따라 비행궤도가 단일 또는 복수로 지정된다.
이벤트 감지부(180)는 드론 시스템(110)의 임무 수행 중 발생하는 이벤트를 감지한다. 이벤트는 임무일시중단 이벤트와 임무취소 이벤트를 포함한다. 임무일시중단 이벤트는 원인을 우회하거나 위치변경, 시간경과로 문제가 해결되는 이벤트이고, 임무취소 이벤트는 문제의 원인을 해결할 수 없거나 임무지속시 위험이 증가하는 이벤트이다.
임무일시중단 이벤트로는, 경로이탈, 측위에러, 동적펜스, 전파장애 등이 있다. 경로이탈은 위성항법오차, 강풍, 기압변화 등으로 일부 사면에 대한 임무 수행이 불가한 경우이고, 측위에러는 진동에 의한 품질저하, 경로이탈에 의한 다른 지역 측위가 이루어진 경우이며, 동적펜스는 해당지역이 일시적으로 비행금지구역 등으로 설정되어 우회하는 경우이고, 전파장애는 전리층, 태양풍 등의 강한 전파로 통신/항법 장애가 발생한 경우이다. 임무일시중단 이벤트가 발생한 경우에는 원인이 발생한 지역에서 정지비행 또는 임시 착륙하여 대기하거나, 원인이 발생한 지역에 대한 임무를 취소하고 다음 임무 지역으로 이동하게 된다.
임무취소 이벤트로는, 페일 세이프(fail-safe), 연료부족, 기상악화, 기기고장 등이 있다. 페일 세이프는 통신두절, 배터리부족, 엔진계통 이상으로 인한 발전 중단의 경우이고, 연료부족은 정상적인 연료 소모를 포함하여 외란에 의해 연료가 과도하게 소모되는 경우이며, 기상악화는 날씨가 드론의 비행가능 범위를 벗어나는 경우이고, 기기고장은 드론시스템의 어떤 부품에 대해 고장이 발견되거나 징후(진동)이 감지되는 경우이다.
임무 정보 관리부(190)는 드론시스템(110)으로부터 전송된 SAR 데이터를 이용하여 사면 변위 정보를 추출하고 저장한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법을 단계별로 보여주는 순서도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법은, 시스템 설정 단계(S10)와, 지도데이터 업로드 단계(S20)와, 점검대상 선정 단계(S30)와, 점검대상 분석 단계(S40)와, 점검임무 분석 단계(S50)와, 비행계획 수립 단계(S60)와, 임무계획 수립 단계(S70)와, 드론 선정 단계(S80)와, 임무 시작 단계(S90)와, 비행정보 수집 단계(S100)와, 이벤트 발생 확인 단계(S110)와, 임무정보 다운로드 단계(S120)와, 취소 이벤트 발생 확인 단계(S130)와, 복귀 단계(S140)와, 대기/이동 단계(S150)를 포함한다. 도 2에 도시된 방법은 위에서 도 1을 참조하여 설명된 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템(100)을 이용하므로, 도 2에 도시된 방법의 각 단계는 도 1에 도시된 드론 운용 시스템(100)과 함께 설명된다.
시스템 설정 단계(S10)에서는 도 1에 도시된 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템(100)에 대한 기본 설정이 이루어지는데, 구체적으로 사용자 설정과 서비스 환경 설정이 이루어진다. 사용자 설정에서는 드론시스템(110)에 대한 제어권한자 로그인 관리가 이루어진다. 서비스 환경 설정에서는 드론과 정보송수신 IP, Port 등의 네트워크 설정 및 데이터 저장/읽기 루트의 지정이 이루어진다.
지도 데이터 업로드 단계(S20)에서는 SAR 센서가 탑재된 드론시스템(110)의 운용에 필요한 중간 기착지 추가 좌표, 도로 사면 인프라 정보(크기, 높이, 방향 등), 신설된 사면 정보(시작과 끝 좌표, 높이, 도로번호, 방향, 사면 종류 등), 신설된 도로 정보(도로유형, 도로번호 등), 도로 주변 변경된 공역 정보(고도제한, 비행금지, 속도제한 등의 좌표)와 같은 지도데이터가 드론 운용 시스템(100)의 사면 정보 관리부(140)에 의해 업로드된다.
점검대상 선정 단계(S30)에서는 전국 도로의 사면에서 점검대상 도로 사면이 사면 정보 관리부(140)에 의해 선정된다. 점검대상 도로 사면은 점검 종류에 따라 관리되어 선정되는데, 점검 종류는 선정된 도로의 모든 사면을 주기적으로 점검하는 경우, 사면 공사 시기, 공법, 환경, 날씨 등에 따라 점검하는 경우, 직전 점검 결과(변위가 발생한 경우)에 따른 긴급 점검의 경우 및 태풍, 지진, 폭우 등으로 지반 약화에 따른 집중 점검의 경우를 포함한다. 점검대상에 따라 임무 및 비행계획에 다음과 같이 차이가 있다.
선정된 도로의 모든 사면을 주기적으로 점검하는 경우에는 도로를 따라 임무비행하는 경로비행이 수행된다. 또한, 사면 공사 시기, 공법, 환경, 날씨 등에 따라 점검하는 경우에는 스케줄에 따라 운영시간이 결정되므로 드론시스템의 대기시간이 랜덤으로 설정된다. 그리고, 직전 점검 결과(변위가 발생한 경우)에 따른 긴급 점검의 경우에는 긴급으로 선정된 횟수, 시간, 기간 동안 반복적으로 P2P비행이 수행된다. 또한, 태풍, 지진, 폭우 등으로 지반 약화에 따른 집중 점검의 경우에는 긴급으로 선정된 횟수, 시간, 기간 동안 반복적으로 경로비행이 수행된다.
또한, 점검대상 선정 단계(S30)에서 점검대상 도로 사면은 도로종류(고속도로, 일반국도, 지방도 등), 도로에 부여되는 노선번호(간선노선, 보조간선노선, 단거리지선 등)인 도로번호, 절토사면 종류(암반사면, 토사사면, 혼합사면, 복합사면)에 따라 관리된다. 본 시스템에서 사면 점검 우선순위는, 토사사면, 혼합사면, 복합사면, 암반사면, 콘크리트사면 순이다.
아울러, 본 발명은 설계도면 자료 수집 단계가 사면 정보 관리부(140)에 의해 추가로 수행될 수 있다. 종래의 드론을 활용한 임무비행계획은 GIS 맵을 기반으로 사람이 직접 입력하거나 다각형으로 임무지역을 지정하면 내부 영역을 소프트웨어로 경로를 자동 지정하는데, 본 시스템은 도로가 장거리이고, 임무대상이 전체 비행구간 대비 적은 영역이며, 크기 및 형태가 다양하고, 임무점검시 드론의 에너지 소모가 매우 높으며, 비행면적과 수량이 대규모라는 특징을 갖기 때문에, 인력이 상황에 따라 임무경로를 지정하기 매우 어려우므로, 도로, 도로 주변 인프라, 사면에 대한 설계도면 정보(위치정보, 고도정보 등)가 수집되어서 임무지정 룰에 따라 지도없이(Non-GIS) 비행경로를 임무 계획에 따라 자동지정할 수 있게 된다. 임무 계획은 임무 시작 포인트, 임무 터닝 포인트, 임무 종료 포인트에 대한 임무 계획을 포함한다. 임무 시작 포인트는 임무 대상 사면의 시작지점으로 일반적으로는 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무센서의 촬영중심점이 전체높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 임무 터닝 포인트는 동일 사면에서 구간 반복, 분할 경로, 중첩 경로 지정의 경로에 해당한다. 임무 종료 포인트는 임무대상 사면의 종료지점으로 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무 시작 포인트의 비행궤도와 동일하게 임무센서의 촬영중심점이 전체 높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 또한 임무 시작 포인트와 임무 종료 포인트의 비행궤도는 점검대상 사면의 경사각/높이/방향, 임무센서의 촬영각도/촬영범위, 점검대상 사면과의 이격거리/높이에 따라 비행궤도가 단일 또는 복수로 지정된다.
점검대상 분석 단계(S40)에서는 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 드론시스템(110)의 임무계획시 필요한 환경정보, 지형정보 및 사면 정보가 사면 정보 관리부(140)에 의해 분석된다. 환경정보 분석은 해당 임무지역의 날씨, 통신장애, 공역설정, 타 비행체의 비행계획에 대한 정보 분석을 포함한다. 지형정보 분석은 사면의 도로선형요소, 횡단면요소, 상부자연사면요소, 도로지반요소 등 사면의 외형의 정보와 주변 지형(터널, 송전탑 등)에 대한 정보분 석을 포함한다. 사면정보 분석은 사면의 형태(단면/양면, 계단형/V자형/역V자형, 1단/2단/3단 등)에 대한 정보 분석을 포함한다.
점검대상 분석 단계(S40)에서는 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 과거 이력 정보가 수집되어 관리된다. 과거 이력은 사면의 변위 발행 여부에 따른 발생 지점, 변위 발생 형태(유실, 균열, 침하, 배부름, 변형, 낙석) 및 보강 공사 여부에 다른 보강 공사 지점을 포함하며, 변위 발생 형태는 변위 발생 원인(강우, 지진, 배수, 해빙 등의 외부 요인 및 토질, 지질 등의 내부 요인)에 대한 데이터도 함께 수집되어서 관리된다.
점검임무 분석 단계(S50)에서는 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 드론시스템(110)의 임무계획 수립에 필요한 비행경로, 비행시간, 임무센서, 임무드론, 수집 정보량에 대한 분석이 점검임무 분석부(150)에 의해 수행된다.
비행경로에 대한 분석은 출발지에서 비행지역(도로)로 이동할 때 안전한 경로, 비행지역에서 임무지역(사면)으로 이동할 때 안전한 경로, 동일 임무 지역에서 반복 측위할 때 안전한 경로, 임무(비행)지역에서 착륙지(중간기착지)로 이동할 때 안전한 경로에 대한 분석을 포함한다. 또한, 안전한 경로의 분석에 있어서는 드론의 이동 또는 임무를 수행하는 경로상의 산보다 높은 시설물이 없는 곳, 사람 또는 건물이 적은 곳, 전파장애를 발생하는 시설물이 없는 것 등을 우선 순위로 분석한다.
비행시간에 대한 분석은 이동거리, 측위시간, 속도, 임무센서 등에 따른 에너지 소모량 산출, 중간기착지 또는 도착지 지정을 포함한다.
임무센서에 대한 분석은 절토사면 측위임무(L-band SAR), 비탈면 변위상태확인(EO), 콘크리트/암반사면 측위임무(X-band SAR)를 포함한다.
임무드론에 대한 분석은 운용 드론시스템이 2대 이상일 경우 하나를 지정하는 것을 포함한다.
수집정보량 분석은 SAR 센서 정보량이 온라인 전송이 어려운 대량정보로 드론시스템에 탑재된 메모리 장치의 사이즈를 계산하여 임무범위를 산출하는 것이다.
비행계획 수립 단계(S60)에서는 드론시스템(110)의 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 임무 수행을 위한 드론시스템(110)의 비행계획이 비행계획 수립부(160)에 의해 수립된다. 비행계획 수립 단계(S60)에서는 지도데이터 업로드 단계(S20), 점검대상 선정 단계(S40) 및 점검대상 분석 단계(S40)를 통해 수집되고 분석된 점검 대상 도로 사면에 대한 정보에 기초하여 이동비행경로, 임무비행경로 및 복귀비행경로에 대한 비행 계획이 수립된다. 이동비행경로는 도로를 따라 점검대상 사면의 시작 지점으로 이동하도록 하며, 임무비행경로는 비탈면의 형태에 따라, P2P, 구간반복, 분할경로, 중첩경로로 지정되고, 복귀비행경로는 임무종료/메모리잔량/연료부족/날씨 등에 따라 복귀지점이 지정된다.
임무계획 수립 단계(S70)에서는 드론시스템의 임무수행 계획이 임무 계획 수립부(170)에 의해 수립된다. 임무계획 수립 단계(S70)에서 지정된 도로의 모든 사면을 주기적으로 점검하는 경우에 점검대상은 모든 사면이고, 사면 공사시기, 공법, 환경, 날씨 등에 따라 점검하는 경우에는 개별 스케쥴링에 따른 점검이 이루어지며, 직전 점검결과(변위가 발생한 경우)에 따른 긴급 점검의 경우 해당 특정 사면이 점검 대상이고, 태풍, 지진, 폭우 등에 의한 지반 약화에 따른 집중 점검의 경우 해당 특정 지역의 사면이 점검 대상이된다. 임무계획 수립 단계(S70)에서는 임무 시작 포인트, 임무 터닝 포인트, 임무 종료 포인트에 대한 임무 계획이 수립된다. 임무 시작 포인트는 임무 대상 사면의 시작지점으로 일반적으로는 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무센서의 촬영중심점이 전체높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 임무 터닝 포인트는 동일 사면에서 구간 반복, 분할 경로, 중첩 경로 지정의 경로에 해당한다. 임무 종료 포인트는 임무대상 사면의 종료지점으로 전체 높이의 1/2 지점이 비행궤도이며, 정확하게는 임무 시작 포인트의 비행궤도와 동일하게 임무센서의 촬영중심점이 전체 높이의 1/2 지점이 되도록 하는 것이다. 또한 임무 시작 포인트와 임무 종료 포인트의 비행궤도는 점검대상 사면의 경사각/높이/방향, 임무센서의 촬영각도/촬영범위, 점검대상 사면과의 이격거리/높이에 따라 비행궤도가 단일 또는 복수로 지정된다.
드론 선정 단계(S80)에서는 임무수행을 위한 드론시스템이 선정된다. 드론 선정 단계(S80)는 온라인 상태 점검을 통해 연결된 드론이 검색되고, 검색된 드론시스템들 중 비행 가능 드론이 검색되며, 비행가능한 드론시스템들 중 임무센서 및 연료량을 고려하여 임무수행이 가능한 드론시스템이 검색된 후 적절한 드론시스템이 지정된다.
임무 시작 단계(S90)에서는 드론 선정 단계(S80)를 통해 선정된 임무 수행 드론시스템의 임무가 시작되며, 임무 수행을 위한 드론시스템의 비행이 드론 제어부(130)에 의해 제어된다. 임무가 시작되면 드론시스템(110)은 비행계획 수립 단계(S60)를 통해 수립된 비행계획 및 임무계획 수립 단계(S70)를 통해 수립된 임무계획에 따라 비행하고 임무를 수행하게 된다.
비행정보 수집 단계(S100)에서는 임무 수행 중인 드론시스템(110)의 비행정보가 실시간으로 수집되는데, 본 실시예에서는 LTE 통신환경을 이용하여 드론시스템(110)의 비행정보가 관리서버(120)로 실시간으로 전송되는 것으로 설명한다. 비행정보 수집 단계(S100)에서 수집되는 임무 수행 중 드론시스템(110)의 비행정보는 heartbeat 메시지(1Hz의 최대 수신주기), 센서(IMU) 메시지(40Hz의 최대 수신주기), 위치 메시지(10Hz의 최대 수신주기), GPS 센서 및 고도계 메시지(10Hz의 최대 수신주기), 임무장치 메시지(1Hz의 최대 수신주기)이다.
이벤트 발생 확인 단계(S110)에서는 드론시스템(110)의 임무 수행 중 발생하는 이벤트가 이벤트 감지부(180)에 의해 감지되어서 확인된다. 이벤트는 임무일시중단 이벤트와 임무취소 이벤트를 포함한다. 임무일시중단 이벤트는 원인을 우회하거나 위치변경, 시간경과로 문제가 해결되는 이벤트이고, 임무취소 이벤트는 문제의 원인을 해결할 수 없거나 임무지속시 위험이 증가하는 이벤트이다. 이벤트 발생 확인 단계(S110)에서 이벤트가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우에는 임무수행이 계속 진행되고 임무가 끝난 후 복귀하여 임무정보를 다운로드하는 임무정보 다운로드 단계(120)가 수행되고, 이벤트가 발생한 것으로 확인되는 경우에는 취소 이벤트 발생 확인 단계(S130)가 수행된다.
임무정보 다운로드(120)는 임무 수행을 정상적으로 마친 드론시스템(110)이 중간 기착지 또는 착륙지에 도착하여 근거리 고속(WIFI) 통신 환경을 이용하여 SAR 데이터가 임무정보 관리부(190)에 의해 다운로드되어서 수행된다.
취소 이벤트 발생 확인 단계(S130)에서는 발생한 이벤트의 종류가 이벤트 감지부(180)에 의해 확인된다. 취소 이벤트 발생 확인 단계(S130)에서 발생한 이벤트가 임무 취소 이벤트인 것으로 확인되는 경우에는, 임무 수행 중이던 드론시스템(110)이 임무 수행을 취소하고 지정된 착륙지로 복귀(S140)하며, 임무 취소 이벤트가 아닌 임무 일시중단 이벤트로 확인되는 경우에는 대기/이동 단계(S150)가 수행된다. 임무취소 이벤트로는, 페일 세이프(fail-safe), 연료부족, 기상악화, 기기고장 등이 있다. 페일 세이프는 통신두절, 배터리부족, 엔진계통 이상으로 인한 에너지 공급 중단의 경우이고, 연료부족은 정상적인 연료 소모를 포함하여 외란에 의해 연료가 과도하게 소모되는 경우이며, 기상악화는 날씨가 드론의 비행가능 범위를 벗어나는 경우이고, 기기고장은 드론의 어떤 부품에 대해 고장이 발견되거나 징후(진동)이 감지되는 경우이다.
대기/이동 단계(S150)는 발생한 이벤트가 임무 일시중단 이벤트로 확인되는 경우에 수행된다. 임무일시중단 이벤트로는, 경로이탈, 측위에러, 동적펜스, 전파장애 등이 있다. 경로이탈은 위성항법오차, 강풍, 기압변화 등으로 일부 사면에 대한 임무 수행이 불가한 경우이고, 측위에러는 진동에 의한 품질저하, 경로이탈에 의한 다른 지역 측위가 이루어진 경우이며, 동적펜스는 해당지역이 일시적으로 비행금지구역 등으로 설정되어 우회하는 경우이고, 전파장애는 전리층, 태양풍, 송전탑 등의 강한 전파로 통신/항법 장애가 발생한 경우이다. 임무일시중단 이벤트가 발생한 경우에는 대기/이동 단계(S150)가 수행되어서 원인이 발생한 지역에서 정지비행 또는 임시 착륙하여 대기하거나, 원인이 발생한 지역에 대한 임무를 취소하고 다음 임무 지역으로 이동하게 된다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 드론 운용 시스템
110 : 드론시스템
120 : 관리 서버 130 : 드론 제어부
140 : 사면 정보 관리부 150 : 점검임무 분석부
160 : 비행계획 수립부 170 : 임무계획 수립부
180 : 이벤트 감지부 190 : 임무정보 관리부
120 : 관리 서버 130 : 드론 제어부
140 : 사면 정보 관리부 150 : 점검임무 분석부
160 : 비행계획 수립부 170 : 임무계획 수립부
180 : 이벤트 감지부 190 : 임무정보 관리부
Claims (15)
- 도로 사면의 측위를 위한 센서를 탑재하고 도로 사면 점검 임무를 수행하는 드론시스템; 및
상기 드론시스템에 의한 도로 사면 점검을 관리하는 관리 서버를 포함하며,
상기 관리 서버는, 상기 드론시스템을 무선통신을 통해 제어하는 드론 제어부와, 도로 사면에 대한 정보를 관리하고 점검대상 도로 사면을 선정하는 사면 정보 관리부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 점검임무를 분석하는 점검임무 분석부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무 수행을 위한 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무수행 계획을 수립하는 임무 수행 수립부를 구비하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 1에 있어서,
사면 정보 관리부는, 상기 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 과거 이력 정보를 수집하여 관리하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 과거 이력 정보는 상기 선정된 점검 대상 도로 사면의 변위 발생 여부에 따른 발생 지점, 변위 발생 형태 및 보강 공사 여부에 따른 보강 공사 지점을 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 점검임무 분석부는 상기 드론시스템의 임무 수행 시 요구되는 비행경로, 비행고도, 비행자세, 비행시간, 임무센서 및 수집정보량을 분석하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 드론시스템의 임무 수행 중 발생하는 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부를 더 포함하며,
상기 이벤트는 문제의 원인을 우회하거나 위치변경, 시간경과로 문제가 해결되는 임무일시중단 이벤트와, 문제의 원인을 해결할 수 없거나 임무지속시 위험이 증가하는 임무취소 이벤트를 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 임무일시중단 이벤트는, 경로이탈, 고도이탈, 측위에러, 동적펜스, 전파장애 중 적어도 어느 하나인 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 임무취소 이벤트는, 페일 세이프(fail-safe), 연료부족, 기상악화, 기기고장 중 적어도 하나인 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템. - 도로 사면의 측위 또는 육안확인을 위한 센서를 탑재하고 도로 사면 점검 임무를 수행하는 드론시스템과, 상기 드론시스템에 의한 도로 사면 점검을 관리하는 관리 서버를 포함하며, 상기 관리 서버는, 상기 드론시스템을 무선통신을 통해 제어하는 드론 제어부와, 도로 사면에 대한 정보를 관리하고 점검대상 도로 사면을 선정하는 사면 정보 관리부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 점검임무를 분석하는 점검임무 분석부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무 수행을 위한 비행계획을 수립하는 비행계획 수립부와, 상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무수행 계획을 수립하는 임무 수행 수립부를 구비하는 드론 운용 시스템을 이용한 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법으로서,
점검대상 도로 사면이 상기 사면 정보 관리부에 의해 선정되는 점검대상 선정 단계;
상기 점검대상 선정 단계에서 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 정보가 상기 사면 정보 관리부에 의해 분석되는 점검대상 분석 단계;
상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 점검임무가 상기 점검임무 분석부에 의해 분석되는 점검임무 분석 단계;
상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무 수행을 위한 비행계획이 상기 비행계획 수립부에 의해 수립되는 비행계획 수립 단계; 및
상기 선정된 점검대상 도로 사면에 대한 상기 드론시스템의 임무수행 계획이 상기 임무 수행 수립부에 의해 수립되는 임무계획 수립 단계를 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 8에 있어서,
점검대상 분석 단계에서 상기 선정된 점검 대상 도로 사면에 대한 과거 이력 정보가 수집되어서 관리되는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 과거 이력 정보는 상기 선정된 점검 대상 도로 사면의 변위 발생 여부에 따른 발생 지점, 변위 발생 형태 및 보강 공사 여부에 따른 보강 공사 지점을 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 점검임무 분석 단계에서 상기 드론의 임무 수행 시 요구되는 비행경로, 비행고도, 비행자세, 비행시간, 임무센서 및 수집정보량이 분석되는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 드론 운용 시스템은, 상기 드론시스템의 임무 수행 중 발생하는 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부를 더 포함하며,
상기 이벤트 감지부에 의해 상기 이벤트 발생 여부가 확인되는 이벤트 발생 확인 단계를 더 포함하며,
상기 이벤트는 문제의 원인을 우회하거나 위치변경, 시간경과로 문제가 해결되는 임무일시중단 이벤트와, 문제의 원인을 해결할 수 없거나 임무지속시 위험이 증가하는 임무취소 이벤트를 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 이벤트 발생 확인 단계에서 상기 이벤트가 발생된 것으로 확인되는 경우에, 상기 발생 이벤트가 상기 임무일시중단 이벤트와 상기 임무취소 이벤트 중 어느 것인지 확인하는 단계를 더 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 발생 이벤트가 임무일시 중단 이벤트인 것으로 확인되는 경우에, 상기 드론시스템을 원인이 발생한 지역에서 대기시키거나 다음 임무 지역으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 발생 이벤트가 임무취소 이벤트인 것으로 확인되는 경우에, 상기 드론시스템을 착륙지로 이동시키는 복귀 단계를 더 포함하는 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 방법.
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| KR1020180158369A KR102141667B1 (ko) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 방법 |
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| KR1020180158369A KR102141667B1 (ko) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | 도로 사면 점검을 위한 드론 운용 시스템 및 방법 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102141667B1 (ko) | 2020-08-05 |
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